Keystone: как устроен фантастический спиральный ветрогенератор
Самые сильные ветры, как правило, дуют на больших высотах. Но, как показывает исследование от 2022 года, более высокие турбины, улавливающие более сильный ветер, не обязательно гарантируют самую низкую стоимость энергии. Дело в том, что если учесть стоимость более прочного фундамента и более высоких, также упрочненных башен, то картина будет безрадостной: все, что выше 120 метров, как правило, приводит к удорожанию электроэнергии — и на рынке, столь чувствительном к цене, как энергия, это плохие новости.
Простая математика
По данным NREL, примерно половина приведенной стоимости энергии (LCoE) в средней коммерческой ветроэнергетической установке приходится непосредственно на стоимость самих ветряных турбин. Из них почти половина денег приходится на гондолу наверху, а оставшаяся часть распределяется между роторами, которые составляют около 13,7% LCoE, и самой башней (около 10,3%).
Но по мере того, как башни становятся больше, их доля в первоначальных капитальных затратах увеличивается непропорционально. На башню высотой 110 метров может приходиться 20% капитальных затрат проекта, а на башню высотой 150 метров — 29% стоимости. И это не говоря уже о дополнительных логистических проблемах, связанных с работой с такой массивной техникой.
В Keystone утверждают, что у них есть решение для строительства, которое снижает цену на большие башни настолько низко, что это «делает энергию ветра самым дешевым доступным источником энергии не только на открытых равнинах, но и во всем мире».
Спиральные башни
Идея достаточно проста; вместо того, чтобы создавать несколько цилиндрических «банок», доставлять их грузовиками на площадку турбины и сваривать их вместе для создания окончательной конструкции башни, Keystone предлагает быстро построить небольшие производственные объекты на месте, а затем доставить рулоны стали навалом или даже плоские листы, которые можно сваривать, образуя более длинные полосы. После этого удлиненные рулоны металла будут подаваться на угловые гибочные машины, которые придадут им спиральную форму за счет непрерывной сварки вдоль линии соединения по мере токарной обработки стали. Большая часть процесса автоматизирована, как вы можете видеть на видео ниже.
В результате, по словам Keystone, полноразмерные башни или более короткие секции, если это проще с точки зрения логистики, производятся в 10 раз быстрее, чем это может сделать стандартный завод, с использованием на 80% меньше рабочей силы. За счет этого также возможна экономия на фундаментах, используемых для спирально-сварных башен. Завод может быть готов к работе примерно через месяц, а строительство на месте означает, что вы можете производить секции большого диаметра, которые просто не поместились бы под мостами, если бы вы производили их на заводе и отправляли грузоперевозкой по обычным магистралям.
Это транспортное ограничение, по данным Reuters, в настоящее время не позволяет делать максимальный диаметр башен больше 4,3 метров, ограничивая тем самым высоту башни примерно до 80 метров. Технологию Keystone можно масштабировать для производства башен диаметром более 7 метров и высотой до 180 метров — и даже выше! Таким образом, береговые ветряные электростанции могут управлять более высокими башнями с более длинными лопастями, приводя в движение более крупные турбины и производя больше энергии.
Спиральная сварка является хорошо зарекомендовавшей себя технологией изготовления трубопроводов, поэтому процесс создания и проверки качества этих длинных трубных секций уже проверен. В Keystone говорят, что это также приводит к «лучшей усталостойкости», что позволяет изготавливать башни заданной высоты с использованием меньшего количества стали. А поскольку производственное предприятие, по сути, является мобильным, достаточно легко временно разместить его рядом с доком и расстрелять десятки секций или целых башен для морских установок.
В то время как мобильная фабрика является ключевой частью игры Keystone, она также создала собственное производственное предприятие в Техасе, и на этом заводе она произвела башню для своей первой активной установки, работая с General Electric Renewable Energy.
Установка представляет собой 89-метровую спирально-сварную башню для турбины GE 2.8-127. Сертифицированная на 40-летний срок службы башня предназначена для замены стандартных построек такого типа. По задумке, она должна стать хорошим примером коммерческого масштабирования технологии, на основе которого можно будет сделать выводы об эффективности подхода в целом.